布賈加里水電站土壤電阻率測試分析

【摘要】布賈加里水電站裝機255MW，是目前烏干達最大水電站，其接地系統的穩定是該電站及其電網安全運行的基本保證。土壤電阻率測試是為了進行可靠的接地設計，而土壤電阻率的高低又是直接影響接地網電阻的重要條件，對正確設計起著決定性作用。本文介紹了布賈加里水電站土壤電阻率的測試方法，對土壤電阻率的測試成果作出簡要分析，并為今后相應工程的施工設計提供借鑒。

【關鍵詞】布賈加里水電站；土壤電阻率；測試

一、前言

烏干達位于東部非洲高原，水力資源豐富，境內有世界第二大淡水湖——維多利亞湖及尼羅河等，多急流與瀑布，適于水電開發。布賈加里水電站位于維多利亞尼羅河上，距烏干達第二大城市金甲市10公里處。

布賈加里水電站總裝機容量255MW，機組單機額定容量51MW，建成后是烏干達目前僅有的兩個水電站中最大的一個，其接地系統是電站乃至其國家電網安全運行的基本保證之一，它主要作為電站所有設備的工作、保護接地，接地系統的接地電阻大小是該電站重要要求之一。對于接地裝置而言，要求其接地電阻盡可能小，散流面積盡可能大，因為接地電阻越小，散流越快，接觸懸浮電壓也越小。而決定接地電阻大小的主要因素有土壤電阻率，接地體的尺寸、形狀及埋入深度，接地線的大小材質與接地體的連接等，而土壤電阻率的高低又是直接影響接地電阻大小的先決條件。因此，測試土壤電阻率，對接地裝置的正確設計起著決定性作用。

本次土壤電阻率測試點多，測試要求高。是我方在現場測試作出報告后提供與外方進行接地系統設計。根據現場情況，我們進行了測試優化，力求最短的時間對電阻率進行準確的測試。外方業主、設計對測試報告和成果準確性一致認同，說明我們的測試是成功的。

二、測試方法

測量土壤電阻率的方法較多，如土壤取樣分析、雙回路互感法、自感法、線圈法、偶極法以及四電極法等。四電極法通過實踐檢驗，其準確性完全能滿足工程計算要求，這種測量方法所需儀表設備少，操作簡單，成為工程設計中的一種常用的方法。

布賈加里水電站屬熱帶高原地區，每年分別有兩個雨季旱季，土壤濕度變化頻繁，本次接地系統測試區域屬紅粘土原始地貌和回填區，測試區域經探方檢查，土層深度達4米以上。

本次布賈加里水電站土壤電阻率測試，根據現場土壤情況選擇用四極法。測試時將四個測試接地棒電極以小于“1/20L（5%L）”的深度，相等的距離“L”打入地面

測量精度及輔助連接

測量精度：

0～0.2W ≤ ±3% ±1d

0.2W～200W ≤ ±1.5% ±1d

0.2W～200W ≤ ±1.5% ±1d

允許輔助接地電阻：

RC（C1與C2之間）<1.8 KW

R p（P1與P2之間）<40 KW≤±5%

允許地電壓≤5V（工頻有效值） 誤差±5%

電極距離： 0--- 20m

土壤電阻率 “ф”，可通過ф=2πRL公式計算得出，測試采用的儀器HY2571接地電阻測試儀可以直接測讀到電阻“R”值，因此在測試中只需要確定好測量電極間距離“L”即可。

布賈加里水電站土壤電阻率的測試面積大、測點多、但測試點多為紅粘土結構，大部分表面覆蓋粘土、碎石，土層結構相對單一。根據設計方要求，

測試時極間距L分別為1米、2米、4米、6米，而接地極深度對應為0.05m、0.1m、0.2m、0.3m ，接地極難以觸及原土層，不能真實反映該處土壤電阻率。根據現場土壤情況，將測點間距優化更改為L為3米、6米、9米、12米，而接地極測試深度對應更改為0.15m、0.3m、0.45m、0.6m。

測量時在確定好極間距離“L”后，將四根測試電極以相等的距離“L”打入測量點，四根電極采用直徑為25mm、長度為1000 mm的圓鋼。并連接接地電阻測試儀導線，在HY2571測試儀中設置測試接地電極間的適當距離“L”，然后測讀出該點的電阻R，通過計算公式ф=2πRL計算出土壤電阻率ф。為了確保測量結果的準確性，通過適當調整電極位置獲取了3組以上的數據。

三、測試成果分析

布賈加里水電站土壤電阻率測試包括兩部分：（1）、廠壩至戶外高壓變電所接地網區域（P1、P2、P3、P4、P5）；（2）、132/220 KV戶外高壓變電所370m×213m區域組成，此測試區域面積大、測點多，測試難度較大。

1、廠壩至戶外高壓變電所接地網區域（P1、P2、P3、P4、P5）；主要測試一片開闊坡地原始土層電阻率，共測試P1、P2、P3、P4、P5等5個測試點。測試成果表如表一：

（P1～P5）測試結果分析可以看出， P1～P5區域土壤電阻率8.6～32.79Ωm之間。P1～P5區域屬于原始土層結構，大部分有濃密的雜草等植被覆蓋，測試區主要為紅粘土層，測試時正當地處旱季，長時間無降雨。

P1點平均電阻率稍高，此處正處坡地凸起地帶，植被相對少，土壤相對干燥；P4點平均電阻率稍低，其中在3米極間距測量時，電阻率為8.6，是因測點處于洼地，植被濃密，土壤還存在一定濕度，電阻率較低。從成果表分析，大部分電阻率值相差不大，因此電阻率測試值反映了較真實的情況。

2、132/220 KV戶外式高壓變電所接地測試共分A、B、C、D、E、F等6個區域，土壤電阻率測試24點，在這里我們選取每一區域有代表性的土壤電阻率測試成果進行分析。測試成果表如表二：

132/220 KV戶外高壓變電所測試區原土壤已在施工中開挖和回填。其中A、B、C、D、E區在原紅粘土層上回填了一層粘碎石層。從土壤電阻率的變化來對比，個別點電阻率相對較大，經查看施工地形資料，電阻率較大點原始地形為洼地，后經回填較厚粘土及細石，與原始土壤結構不同，說明了此測試點回填材料的土壤電阻率與原紅粘土層的存在差異是合理的。F區域為開挖后原紅粘土平整區，土層結構密實，加之紅粘土的保水性較好，其電阻率相對較低。

四、結語

此測試成果提供給設計商對工程進行了接地網設計，經后期施工及對完工后的接地網進行測試，各項指標滿足要求。土壤電阻率的準確測試決定了接地系統的正確設計。布賈加里水電站土壤電阻率的測試采用常用的四極法，且測試成果真實準確，尤其是其測試方案的優化，為今后同類形的工程施工過程中的設計配合積累了寶貴經驗。